I bakterije uče, ako niste znali

MIKROBIOLOGIJA 
Naučnici kažu da su u stanju da nauče bakteriju da se ponaša kao pas u čuvenim ogledima ruskog naučnika Ivana Pavlova pre jednog stoleća! Četvoronožni kućni ljubimac lučio je pljuvačku na zvuk zvona (uslovni refleks).

Jednoćelijski organizmi se uvežbaju da povezuju jedan podražaj (stimulus) s drugim koristeći molekularna kola, naveli su istraživači iz Nemačke, Holandije i Velike Britanije (časopis „Journal of the Royal Society Interface”). Uvećavaju se izgledi podučavanja sićušnih stvorenjaca novim smicalicama, navodeći ih da se ponašaju kao stražari u ljudskom telu, pripravni da uoče opasnost i odazovu se na prve nagoveštaje. Pretpostavka se zasniva na tome da su jednoćelijski organizmi sposobni da povezuju podsticaje istovremeno primenjene, što pokazuje teorijsko promišljanje Krisante Fernanda iz Nacionalnog instituta za medicinska istraživanja u Londonu.

Kao u slučaju s pomenutim kučetom, a i ostalim primerima asocijativnog učenja, bakterije se podučavaju da grade jače veze između dva stimulusa što se češće javljaju zajedno. Pojavu je 1945. rastumačio kanadski neuropsiholog Donald Heb, a nazvana je hebijansko učenje: često se ispoljava u okolnostima kada se nervi, koji u isti mah opaljuju, međusobno povezuju. Kod gladnog džukca ćelije pokrenute mirisom hrane uspostavljale su fizičku vezu s posestrimama istog trena kada se začuo zvuk zvona. Prema dotičnom tumačenju, što se češće dva podsticaja istovremeno uključe, snažnija je međusobna veza ili tzv. „sinaptička težina”.

Bakterije, naravno, nemaju ni nerve, ni sinapse; i pored toga, postoje naznake da su jednoćelijski organizmi u stanju da uče. Sedamdesetih godina prošlog veka Tod Henesi je tvrdio da se papučica (paramecijum), jednoćelijski organizam u jezercima, može uvežbavati u laboratoriji. Izlagao ih je električnoj struji i to povezivao sa zvučnim signalom, tvrdeći da stvorenjca plivaju udaljavajući se od zvuka što nisu ranije činila. Nalaz nikada nije valjano ponovljen, ali je najavio zanimljivu mogućnost da je neka vrsta asocijativnog učenja moguća kod jednoćelijskog života.

Sada je Krisante Fernando predložio kako bakterije obučavati. Osmislio je ćelijsko kolo od nekoliko gena i njihovih pokretača (promoter) za stvaranje belančevina (transkripcioni činioci) koji su se međusobno uključivali i isključivali poput digitalnog električnog kola. Istraživačko se sastojalo od tri izmišljena gena: dva, A i B, tvore belančevine pA i pB koje deluju (reaguju) s drugim transkripcionim činiocima, iA i iB što uključuju treći gen, C.

Genski proizvodi pA i pB potrajali su u ćeliji, i otuda su se ponašali kao memorija koja dugo traje, što je donekle odgovaralo sinaptičkim težinama u ogledima s Pavlovljevim psom. Samo združeni sa ovim molekulima, iA i iB (analogni su mirisu i zvonu) imaju učinak. Zahvaljujući sparivanju iA i iB koje su izveli istraživači, bakterija deluje na iB, a ranije je samo na iA; znači naučena je prvom ponašanju.

Eva Jablonka, teorijski biolog na Univerzitetu u Tel Avivu, sasvim je saglasna: „Iako je pojmovno pomalo zapetljano, mislim da one, zaista, pokazuju asocijativno učenje.” Obrazac (model) je utemeljen na pretpostavci da se takvo hemijsko-genetičko kolo može sklopiti i ugraditi u bakteriju kao što je ešerihija, što je za ovu naučnicu, koja je nedavno objavila članak na temu uslovljavanja u jednoćelijskim organizmima, teorijski sasvim moguće jer ne vidi veliku prepreku.

Krisante Fernando procenjuje da bi izazvane promene kod bakterija mogle da traju 30 minuta, a toliki je životni vek ešerihije; „učenje” bi, dakle, postalo nasledno. Velika je veština osposobiti mikroorganizme da prepoznaju hemijska zbivanja (procesi) u telu povezana sa opasnošću, a to je nepovoljan ili preteći odgovor na lek ili prisustvo ćelija tumora, označavajući početak ispuštanja u određenim tkivima.

U toku su ispitivanja genetski izmenjenih bakterija da, uključujući se na daljinu, oslobađaju svakojake lekarije: pre tri godine predloženo je da se takav postupak koristi u lečenju side drugom vrstom virusa.

-----------------------------------------------------------

Razmišlja unapred

Bakterije su skromni jednoćelijski organizmi, ali su u stanju da predvide redovne događaje, kao što je dolazak dana, zahvaljujući svojem unutrašnjem satu. Novo istraživanje pokazuje da predosete i pripreme se za sporadična zbivanja, ukoliko im prethodi pouzdana najava.

Kakva vrsta događaja? Da bi naselila utrobu sisara, ešerihija koli najpre mora ući u usta čoveka koji obeduje gde doživi porast temperature, a malo kasnije završi u crevima, s veoma malo kiseonika i žestokim suparništvom ostalih mikroskopskih naseljenika.

Kada su na Univerzitetu Prinston podigli toplotu sa 25 na 37 Celzijusovih stepeni, mikroorganizmi su odmah isključili gene umešane u aerobno disanje (zahteva kiseonik) i uključili sabraću koja upravljaju anaerobnim (bez kiseonika). Potom su ih više puta izlagali porastu kiseonika, ali tek posle povišenja temperature, što gotovo nije verovatno u prirodi. Urođeni odgovor izazvan manjkom kiseonika iščezao je za nekoliko stotina generacija, potvrđujući da je predviđanje bakterija prilagodljivo i da je posledica prirodnog odabira.